基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、摘要：在電路設(shè)計(jì)中我們時(shí)常會(huì)用到電壓表，過去大部分電壓表還是模擬的，雖 然精度較高但模擬電壓表采用用指針式， 里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)， 所以響應(yīng)較 慢。為適應(yīng)許多高速信號領(lǐng)域目前已廣泛使用數(shù)字電壓表。本設(shè)計(jì)是 基于 Atmel51 單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)和自動(dòng)控制原理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字電壓表系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Atmel89C52單片機(jī)作為控制核心，以 ADC0809為數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，實(shí) 現(xiàn)被測電壓的數(shù)據(jù)采樣； 使用系列比較器檢測輸入電壓的范圍， 并通過繼電器陣 列實(shí)現(xiàn)了輸入量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；使用共陰極數(shù)碼管顯示被測電壓。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)、電壓檢測、模數(shù)轉(zhuǎn)換、Abstract:In circuit des

2、ign, we often use voltage meter， Over the past mostof the voltage meter or a simulation， Although high precision analogvoltage used in the table, but with the pointer, which is a magnetic or electromagnetic structure ， so the slow response To meet the many areas of high-speed signal has been widely

3、used digital voltmeterThe designis based on Atmel51 microcontroller development platform and automatic control based on the principle of a digital voltage meter systemThesystem uses Atmel89C52 microcontroller as the control core, ADC0809 for the sampled data system, data sampling to achieve the meas

4、ured voltage；Series compared with the range of detected voltage, and relay array to achieve through the automatic conversion of the input range; using common cathode LED display the measured voltage Key words: Single Chip Micyoco 、Voltage detection 、 Analog Digital Conversion精品文檔目錄摘 要 1第一章 引 言 3第二章

5、開發(fā)平臺(tái) Keil 42.1 系統(tǒng)概述 42.2 整體架構(gòu) 5第三章 硬件設(shè)計(jì)思想和原理圖 63.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 63.2 單片機(jī)系統(tǒng) 73.3 AD轉(zhuǎn)換電路 83.4 信號調(diào)理模塊 9第四章 軟件設(shè)計(jì)與流程 104.1 程序流圖 錯(cuò)誤! 未定義書簽。4.2 功能介紹 10第五章 軟件仿真及測試數(shù)據(jù) 115.1 仿真結(jié)果 11參考文獻(xiàn) 12附 錄 13第一章 引 言電子電壓表主要用于測量各種高、低頻信號電壓，它是電子測量中使用最 廣泛的儀器之一。 根據(jù)測量結(jié)果的顯示方式及測量原理不同， 電壓測量儀器可分 為兩大類：模擬式電壓表（AVM和數(shù)字式電壓表（DVM。模擬式電壓表是指針 式的，多用

6、磁電式電流表作為指示器， 并在表盤上刻以電壓刻度。 數(shù)字式電壓表 首先將模擬量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，然后用電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并以 十進(jìn)制數(shù)字顯示被測電壓值。眾所周知，模擬電壓表精度較高，曾經(jīng)有很廣闊的市場，現(xiàn)在依然有不少工 程師依然在使用模擬電壓表。 的確模擬電壓表在顯示測量值方面精度校準(zhǔn)， 然而 卻也存在問題。 模擬電壓表采用用指針式， 里面是磁電或電磁式結(jié)構(gòu)， 所以其響 應(yīng)速度較慢。然而在高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，高速信號處理的需求越來越多，由于模擬電壓 表響應(yīng)速度較慢已經(jīng)不適用與高速信號領(lǐng)域， 取而代之的將是數(shù)字電壓表。 但數(shù) 字電壓表由于存在采樣誤差， 精度不是很高。 不過目前可以

7、通過技術(shù)手段來縮小 誤差。使其精度達(dá)到與模擬電壓表一樣精確甚至更高。 可見將來數(shù)字電壓表必將 取代模擬電壓表?，F(xiàn)在有越來越多的數(shù)字測量儀器的出現(xiàn)但原理皆與數(shù)字電壓表 殊途同歸，因此研究數(shù)字電壓表有著很大現(xiàn)實(shí)意義。4歡迎。下載第二章 開發(fā)平臺(tái) KeilKeil C51是美國Keil Software 公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟 件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明 顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句 生成的匯編代碼很緊湊， 容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。2.1 系統(tǒng)概述Keil軟件是目前

8、最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真 機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、 連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案， 通過一個(gè) 集成開發(fā)環(huán)境( uVision )將這些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的CPU 16MB或更多RAM 20M以上空閑的硬盤空間、WIN98 NT WIN2OO0 WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的，如果你使用 C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選(目 前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也

9、很可能只支持該軟件) ，即使不 使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試 工具也會(huì)令你事半功倍。2.2 整體架構(gòu)C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)較為豐富，其中 uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、 仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。 然后分別由 C51 及 C51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ) 。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由0

10、H51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器 dScope51或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試， 也可以直接寫入程序存貯器如 EPRO中。使用獨(dú)立的 Keil 仿真器時(shí)，注意事項(xiàng)1）仿真器標(biāo)配11.0592MHz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中 換插其他頻率的晶振。2）仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。3）仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)ROM 不能使用片外ROM但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連， 故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部 RO（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo) 系

11、統(tǒng)中使用。精品文檔第三章硬件設(shè)計(jì)思想和原理圖3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)采樣Atmel89C52單片機(jī)作為控制核心，以 ADC0809為數(shù)據(jù)采樣系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)被測電壓的數(shù)據(jù)采樣；使用系列比較器檢測輸入電壓的范圍， 用共陰極 數(shù)碼管顯示結(jié)果。輸入電壓AD轉(zhuǎn)換顯示電路3.2 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路，晶振電路，電源電路，仿真時(shí)需搭建復(fù)位電 路和晶振電路。晶振電路:CI11,VT AD 1CR18051C2XTAl-iHM5 時(shí)忡幡人電跡單片機(jī)最小系統(tǒng)如下所示，其中P1 口用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，P0 口用于接收11歡迎下載ADC0809專換的數(shù)據(jù)P2 口用于控制ADC0809單片機(jī)最小系統(tǒng):1I

12、QKPl 01plI2PT2JPl 3 玉PL45PL,6 PL五宀IT?89P20 10Pj3 HP門12pJT 亍PM、15 巧百16Y1 亠口 11.O592M1920Jb JHIsPLOVCCPL1P0.0Pl.2P0.1P13P0.2Pl.4P0.3PI.5/MOSIP0.4P16hCSOP0.5PI.7/SCKP0.6RBTP0.7PiA-RXDEAATI1P.l.TXD .MJEPROGPS.2TFm)PSENPS3TNT1P2.PJ4.T0P2.6PJ.5.T1P2.5P.6/AVRP2.4PJ.7.RDP2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.0UL4039PO

13、 03SPCU37P0.236 PCM35 P0.434 P0 ?33 P0.632 PO Ji30苗Pt-PI 5 25 P2 J 24P2J22 Pll21 P2 03.3 AD轉(zhuǎn)換電路利用ADC0809乍為AD數(shù)據(jù)采樣器件,ADC0809是CMO單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D/ A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。ADC0809勺工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1, 將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低， 指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直

14、到A/ D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)束， 結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出 三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809各個(gè)管教功能:IN0IN7: 8路模擬量輸入端。2-12-8 : 8位數(shù)字量輸出端。ADDA ADDB ADDC 3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，輸入，高電平有效。EOC A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電 平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。OE數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D轉(zhuǎn)

15、換結(jié)束時(shí)，此端輸 入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZREF( +)、REF(-):基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一+ 5V。GND 地。ADC080%單片機(jī)的連接。C130pF19XC21830pFU1U2*XTAL1XTAL2RSTPO.O/AP0.1/ADP0.2/ADP0.3/AD：P0.4/ADP0.5/AD；P0.6/ADP0.7/ADD090827263543R1 C310uFv2930311PSENALEEAP2.0/P2.1/P2.2/AP2.3/AP2.4/P2.5/P2.6/P2.7/A!1!2!3；4 曆 /A

16、136 /A147 屈82(32岔12345 - 6 7 9IN0ADDIN1ADDIN2ADDIN3ALIN4IN52 -1MIN62 -IN72 -2 -2 -2 -A25 B24 C3 -2219STARTEOCOUTPUT ENABLE2 -CLOCK2 -8LVCCGNDF13VREF(+) VREF(-)P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0/RP3.1TP3.2/INTCP3.3/INT；P3.4/F0P3.5/T1P3.6/WP3.7/IXi1516ADC0809AT89C513.4 信號調(diào)理模塊該部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是自動(dòng)量程切換和電壓變換，模

17、塊主要由電壓極性 檢測電路、電壓范圍粗測電路、電壓變換電路三部分組成。電壓極性檢測電路電壓極性檢測電路采用過零比較器檢測負(fù)電壓的方式實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)算放大器 LM324的反向端接地，同向端通過100K電阻接輸入信號。LLI522電壓范圍粗測電路為了粗略地得到被測量的電壓范圍我們采用多組比較器的方式，通過階梯式比較的方法確定輸入電壓的范圍。1/2、1/3、量程切換電路電路由衰減電阻、切換繼電器和運(yùn)算放大器組成，對應(yīng)的是衰減1/4和無零漂放大50倍，切換電路如圖所示。電壓變換到 0-5V標(biāo)準(zhǔn)信號后，再 由A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行采樣，最后由單片機(jī)算法還原。第四章軟件設(shè)計(jì)與流程4.1程序流圖軟件部分采用模塊化程序設(shè)

18、計(jì)的方法，由單片機(jī)控制主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、電壓檢測及繼電器控制程序、液晶顯示組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在KeilC編譯環(huán)境下進(jìn)行的，由于C語言程序可移植性好，所以提高了編程的效率。4.2功能介紹P0首先接收數(shù)據(jù)，據(jù)此控制PC6,PC7實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，保證正電壓輸出。PB0,PB1,PB2,PB3,PA6的輸入值通過 PA1,PA2,PA3,PA4,PA5控制繼電器 1,2,3,4, 5實(shí)現(xiàn)電壓增減并輸入A/D轉(zhuǎn)換器MAX187進(jìn)行測量。最后輸入PB4,PB6,PB7并由Pl輸入數(shù)碼管顯示第五章軟件仿真及測試數(shù)據(jù)5.1仿真結(jié)果將寫好的程序下載到仿真軟件中的5 1單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察數(shù)碼管 顯示

19、數(shù)值與圖中輸入電壓進(jìn)行比較。 理解其誤差有多大。由于仿真軟件缺少相應(yīng) 器材，故而未能進(jìn)行徹底仿真?？傮w電路圖:旳 BRCOan IAD1?D2DZID2UD3叩丄也EB5JWKPST科吹F2.IM町的0PSEHP23ATI坐P2*A12EAP2SX13P2U曲聞百PioranffiKDF LIP1JPI.3F3.VWT IPI i昭5DPI.SPJJWTIP16P36QEP1.7FJ.T.flD_2-3L-2LL5IUQADVANiADfi EiIM2ADDCmALEIULIUG2-22-32-4SJARJBDCSUTfUT fN-jjkE2-TCLOCK2-HISSXC削口VHF9精品文檔參

20、考文獻(xiàn)：1 馬潮 詹衛(wèi)前 耿德根 編 Atmel51 原理及應(yīng)用手冊 清華大學(xué)出版社2 譚浩強(qiáng)編C語言程序設(shè)計(jì)（第二版）清華大學(xué)出版社3 馬潮編 AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐北京航空航天大學(xué)出版社14歡。迎下載附錄主程序：#includecodeUnsigned chardispbitcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char dispbuf4;unsigned int i;unsigned int j;unsigned char getdata;unsigned int temp;unsigned int temp1;unsigned char count;unsigned char d;sbit ST=P3A0;sbit 0E=P3A1；sbit EOC=P3A2;sbit CLK=P3A3；sbit P20=P2A0；sbit P21=P2A1；sbit P22=P2A2；sbit P23=P2A3；sbit P17=P1A7；void TimeInitial()；void Delay(unsigned int i)；void TimeInitial() TM0D=0x10；TH1=